vtioВестник трансплантологии и искусственных органовRussian Journal of Transplantology and Artificial Organs1995-1191Academician V.I.Shumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs", Ministry of Health of the Russian Federation10.15825/1995-1191-2023-3-87-96vtio-1669Research ArticleРегенеративная медицина и клеточные технологииRegenerative Medicine and Cell TechnologiesСпособ уменьшения хирургической пористости протезов кровеносных сосудов малого диаметраTechnique for reducing the surgical porosity of small-diameter vascular graftsНемецЕ. А.NemetsE. A.

Немец Евгений Абрамович?

123182, Москва, ул. Щукинская, д. 1

Moscow

evgnemets@yandex.ruХайруллинаА. И.KhairullinaA. I.

Долгопрудный

Dolgoprudny

alinka26di@mail.ruБеловВ. Ю.BelovV. Yu.

Москва

Moscow

w.000000000@yandex.ruСургученкоВ. А.SurguchenkoV. A.

Москва

Moscow

valent.egorova@gmail.comВасилецВ. Н.VasiletsV. N.

г. Черноголовка

Chernogolovka

vnvasilets@yandex.ruВолковаЕ. А.SevastianovV. I.

Москва

Moscow

viksev@yandex.ruБасокЮ. Б.VolkovaE. A.

Москва

Moscow

СевастьяновВ. И.BasokYu. B.

Москва

Moscow

bjb2005@mail.ruФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава РоссииРоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial OrgansRussian FederationФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)»РоссияMoscow Institute of Physics and TechnologyRussian FederationФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России; АНО «Институт медико-биологических исследований и технологий»РоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs; Institute of Biomedical Research and TechnologyRussian FederationФГБУН «Федеральный исследовательский центр химической физики имени Н.Н. Семенова» Российской академии наук, отделение в г. ЧерноголовкаРоссияSemenov Federal Research Center for Chemical PhysicsRussian FederationФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава РоссииРоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs; Institute of Biomedical Research and TechnologyRussian FederationФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России; АНО «Институт медико-биологических исследований и технологий»РоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial OrgansRussian Federation2023170720232538796Copyright © Немец Е.А., Хайруллина А.И., Белов В.Ю., Сургученко В.А., Василец В.Н., Волкова Е.А., Басок Ю.Б., Севастьянов В.И., 20232023Немец Е.А., Хайруллина А.И., Белов В.Ю., Сургученко В.А., Василец В.Н., Волкова Е.А., Басок Ю.Б., Севастьянов В.И.Nemets E.A., Khairullina A.I., Belov V.Y., Surguchenko V.A., Vasilets V.N., Sevastianov V.I., Volkova E.A., Basok Y.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.transpl.ru/vtio/article/view/1669

Высокая хирургическая пористость (ХП) является одной из причин значительной кровопотери, а также образования гематом, поэтому снижение ХП протезов кровеносных сосудов является актуальной задачей.

Целью данной работы была разработка технологии формирования протезов кровеносных сосудов (ПКС) малого диаметра на основе поликапролактона (ПКЛ) с биоактивным покрытием со сниженной ХП.

Материалы и методы

Материалы и методы. Пористые ПКС с внутренним диаметром 3 мм изготавливали методом электроспиннинга из 5% раствора ПКЛ с добавлением 5–30% желатина (ПКЛ-Ж) на установке NANON-01A («MECC CO», Япония). Биоактивное покрытие наносили последовательной инкубацией ПКС в растворах бычьего сывороточного альбумина, гепарина и лизата тромбоцитов с фиксацией в растворе глутаровом альдегида. Исследовали структуру поверхности, механические свойства образцов. Функциональные свойства биоактивных ПКС оценивали относительно их взаимодействия с клеточными культурами in vitro.

Результаты

Результаты. Установлено, что введение в рабочий раствор желатина приводит к снижению ХП с 30,4 ± 1,5 мл/(см2 ·мин) до 2,8 ± 0,5 мл/(см2 ·мин). Показано, что при соотношении ПКЛ : желатин, равном 9 : 1, для внешней и внутренней стороны образцов биоактивных ПКС характерны однородность (отсутствие дефектов) поверхности, близкие к кровеносным сосудам того же диаметра механические свойства (модуль Юнга 6,7 ± 2,1 МПа, усилие до разрыва 26,7 ± 4,9 Н и удлинение до разрыва 423 ± 80%) и способность поддерживать адгезию и пролиферацию эндотелиальных клеток человека линии EA.hy926.

Заключение

Заключение. Введение в раствор ПКЛ 10% концентрации желатина (по весу полимера) приводит к снижению хирургической пористости ПКС малого диаметра, однородности его внутренней и внешней поверхности, улучшению его механических свойств без снижения способности поддерживать адгезию и пролиферацию клеток сосудистого эндотелия.

High surgical porosity (SP) is one of the causes of significant blood loss, as well as hematoma formation. So, reducing the SP of small-diameter vascular grafts (VGs) is a crucial task.

The objective of this work was to develop a technology for the formation of polycaprolactone (PCL)-based small-diameter VGs with a bioactive coating with reduced SP.

Materials and methods

Materials and methods. Porous VGs with an inner diameter of 3 mm were fabricated by electrospinning from 5% PCL solution with addition of 5–30% gelatin (PCL/G) on an NANON-01A unit (MECC CO, Japan). Bioactive coating was applied by sequential incubation of VGs in solutions of bovine serum albumin, heparin and platelet lysate with fixation in a glutaric aldehyde solution. The surface structure and mechanical properties of the samples were investigated. Functional properties of the bioactive VGs were evaluated in relation to their interaction with cell cultures in vitro.

Results

Results. It was found that introduction of gelatin into the working solution reduces SP from 30.4 ± 1.5 mL/(cm2 ·min) to 2.8 ± 0.5 ml/(cm2 ·min). It was shown that at a PCL/gelatin ratio of 9 : 1, the outer and inner sides of the bioactive VGs samples are characterized by surface uniformity (no defects), mechanical properties close to blood vessels of the same diameter (Young’s modulus 6.7 ± 2.1 MPa, tensile strength 26.7 ± 4.9 N and elongation to break 423 ± 80%) and ability to support adhesion and proliferation of human umbilical vein endothelial cell line, EA.hy926.

Conclusion

Conclusion. Introduction of 10% gelatin content (by the polymer weight) into PCL solution reduces the SP of small-diameter VGs, leads to uniformity in their inner and outer surface, improvement in their mechanical properties without reducing their ability to support adhesion and proliferation of vascular endothelial cells.

протез кровеносных сосудов малого диаметраполикапролактонжелатинхирургическая пористостьмеханические свойстваэндотелиальные клеткиsmall-diameter vascular graftspolycaprolactonegelatinsurgical porositymechanical propertiesendothelial cellsReferencesПротезы кровеносных сосудов. Общие технические требования. Методы испытаний: ГОСТ 31514-2012. Дата введения 01.01.2015. М.: Стандартинформ, 2015..Blood vessel prostheses. General technical requirements. Test methods: GOST 31514-2012. Date of introduction 01.01.2015. M.: Standartinform, 2015.Szentivanyi A, Chakradeo T, Zernetsch H, Glasmacher B. Electrospun cellular microenvironments: understanding controlled release and scaffold structure. Adv Drug Deliv Rev. 2011; 63: 209–220.Szentivanyi A, Chakradeo T, Zernetsch H, Glasmacher B. Electrospun cellular microenvironments: understanding controlled release and scaffold structure. Adv Drug Deliv Rev. 2011; 63: 209–220.Новикова СП, Салохединова РР, Лосева СВ, Николашина ЛН, Левкина АЮ. Анализ физико-механических и структурных характеристик протезов кровеносных сосудов. Грудная и сердечно-сосудистая хирургия. 2012; 54: 27–33.Novikova SP, Salokhedinova RR, Loseva SV, Nikolashina LN, Levkina AYu. Analysis of physico-mechanical and structural characteristics of vascular prostheses. Thoracic and cardiovascular surgery. 2012; 54: 27–33.Wesolowski SA, Fries CC, Karlson KE, De Bakey M, Sawyer PN. Porosity: primary determinant of ultimate fate of synthetic vascular grafts. Surgery. 1961; 50: 91–96.Wesolowski SA, Fries CC, Karlson KE, De Bakey M, Sawyer PN. Porosity: primary determinant of ultimate fate of synthetic vascular grafts. Surgery. 1961; 50: 91–96.Лебедев ЛВ, Плотник ЛЛ, Смирнов АД. Протезы кровеносных сосудов. Л.: Медицина, 1981; 192.Lebedev LV, Plotnik LL, Smirnov AD. Protezy krovenosnykh sosudov. L.: Medicina, 1981; 192.Guan G, Yu C, Fang X, Guidoin R, King MW, Wang H, Wang L. Exploration into practical significance of integral water permeability of textile vascular grafts. J Appl Biomater Funct Mater. 2021; 19: 22808000211014007. doi: 10.1177/22808000211014007.Guan G, Yu C, Fang X, Guidoin R, King MW, Wang H, Wang L. Exploration into practical significance of integral water permeability of textile vascular grafts. J Appl Biomater Funct Mater. 2021; 19: 22808000211014007. doi: 10.1177/22808000211014007.Yates SG, Barros D’Sa AA, Berger K, Fernandez LG, Wood SJ, Rittenhouse EA et al. The preclotting of porous arterial prostheses. Ann Surg. 1978; 188: 611–622.Yates SG, Barros D’Sa AA, Berger K, Fernandez LG, Wood SJ, Rittenhouse EA et al. The preclotting of porous arterial prostheses. Ann Surg. 1978; 188: 611–622.Joseph J, Domenico Bruno V, Sulaiman N, Ward A, Johnson TW, Baby HM et al. A novel small diameter nanotextile arterial graft is associated with surgical feasibility and safety and increased transmural endothelial ingrowth in pig. J Nanobiotechnology. 2022; 20: 71. doi: 10.1186/s12951-022-01268-1.Joseph J, Domenico Bruno V, Sulaiman N, Ward A, Johnson TW, Baby HM et al. A novel small diameter nanotextile arterial graft is associated with surgical feasibility and safety and increased transmural endothelial ingrowth in pig. J Nanobiotechnology. 2022; 20: 71. doi: 10.1186/s12951-022-01268-1.Hisagi M, Nishimura T, Ono M, Gojo S, Nawata K, Kyo S. New pre-clotting method for fibrin glue in a nonsealed graft used in an LVAD: the KYO method. J Artif Organs. 2010; 13: 174–177. doi: 10.1007/s10047-010- 0504-1.Hisagi M, Nishimura T, Ono M, Gojo S, Nawata K, Kyo S. New pre-clotting method for fibrin glue in a nonsealed graft used in an LVAD: the KYO method. J Artif Organs. 2010; 13: 174–177. doi: 10.1007/s10047-010- 0504-1.Weadock KS, Goggins JA. Vascular graft sealants. J Long Term Eff Med Implants. 1993; 3: 207–22.Weadock KS, Goggins JA. Vascular graft sealants. J Long Term Eff Med Implants. 1993; 3: 207–22.Copes F, Pien N, Van Vlierberghe S, Boccafoschi F, Mantovani D. Collagen-Based Tissue Engineering Strategies for Vascular Medicine. Front Bioeng Biotechnol. 2019; 7: 166. doi: 10.3389/fbioe.2019.00166.Copes F, Pien N, Van Vlierberghe S, Boccafoschi F, Mantovani D. Collagen-Based Tissue Engineering Strategies for Vascular Medicine. Front Bioeng Biotechnol. 2019; 7: 166. doi: 10.3389/fbioe.2019.00166.Zdrahala RJ. Small caliber vascular grafts. Part I: state of the art. J Biomater Appl. 1996; 10: 309–329. doi: 10.1177/088532829601000402.Zdrahala RJ. Small caliber vascular grafts. Part I: state of the art. J Biomater Appl. 1996; 10: 309–329. doi: 10.1177/088532829601000402.Drury JK, Ashton TR, Cunningham JD, Maini R, Pollock JG. Experimental and clinical experience with a gelatin impregnated Dacron prosthesis. Ann Vasc Surg. 1987; 1: 542–547.Drury JK, Ashton TR, Cunningham JD, Maini R, Pollock JG. Experimental and clinical experience with a gelatin impregnated Dacron prosthesis. Ann Vasc Surg. 1987; 1: 542–547.Fortin W, Bouchet M, Therasse E, Maire M, Héon H, Ajji A et al. Negative In Vivo Results Despite Promising In vitro Data With a Coated Compliant Electrospun Polyurethane Vascular Graft. J Surg Res. 2022; 279: 491– 504. doi: 10.1016/j.jss.2022.05.032.Fortin W, Bouchet M, Therasse E, Maire M, Héon H, Ajji A et al. Negative In Vivo Results Despite Promising In vitro Data With a Coated Compliant Electrospun Polyurethane Vascular Graft. J Surg Res. 2022; 279: 491– 504. doi: 10.1016/j.jss.2022.05.032.Huang F, Sun L, Zheng J. In vitro and in vivo characterization of a silk fibroin-coated polyester vascular prosthesis. Artif Organs. 2008; 12: 932–941. doi: 10.1111/j.1525- 1594.2008.00655.x.Huang F, Sun L, Zheng J. In vitro and in vivo characterization of a silk fibroin-coated polyester vascular prosthesis. Artif Organs. 2008; 12: 932–941. doi: 10.1111/j.1525- 1594.2008.00655.x.Lee JH, Kim WG, Kim SS, Lee JH, Lee HB. Development and characterization of an alginate-impregnated polyester vascular graft. J Biomed Mater Res. 1997; 36: 200–208. doi: 10.1002/(sici)1097-4636(199708)36:23.0.co;2-o.Lee JH, Kim WG, Kim SS, Lee JH, Lee HB. Development and characterization of an alginate-impregnated polyester vascular graft. J Biomed Mater Res. 1997; 36: 200–208. doi: 10.1002/(sici)1097-4636(199708)36:23.0.co;2-o.Lisman A, Butruk B, Wasiak I, Ciach T. Dextran/Albumin hydrogel sealant for Dacron(R) vascular prosthesis. J Biomater Appl. 2014; 28: 1386–1396. doi: 10.1177/0885328213509676.Lisman A, Butruk B, Wasiak I, Ciach T. Dextran/Albumin hydrogel sealant for Dacron(R) vascular prosthesis. J Biomater Appl. 2014; 28: 1386–1396. doi: 10.1177/0885328213509676.Madhavan K, Elliott WH, Bonani W, Monnet E, Tan W. Mechanical and biocompatible characterizations of a readily available multilayer vascular graft. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2013; 101: 506–519. doi: 10.1002/jbm.b.32851.Madhavan K, Elliott WH, Bonani W, Monnet E, Tan W. Mechanical and biocompatible characterizations of a readily available multilayer vascular graft. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2013; 101: 506–519. doi: 10.1002/jbm.b.32851.Немец ЕА, Панкина АП, Сургученко ВА, Севастьянов ВИ. Биостабильность и цитотоксичность медицинских изделий на основе сшитых биополимеров. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2018; 20 (1): 79–85. doi: 10.15825/1995-1191-2018-1-79-85.Nemets EA, Pankina AP, Surguchenko VA, Sevastianov VI. Bistability and cytotoxicity of medical devices based on cross-linked biopolymers. Rus J Transpl Artif Organs. 2018; 20 (1): 79–85. doi: 10.15825/1995-1191-2018-1-79-85.Глушкова ТВ, Овчаренко ЕА, Рогулина НВ, Клышников КЮ, Кудрявцева ЮА, Барбараш ЛС. Дисфункции эпоксиобработанных биопротезов клапанов сердца. Кардиология. 2019; 59 (10): 49–59. doi: 10.18087/cardio.2019.10.n327.Glushkova TV, Ovcharenko EA, Rogulina NV, Klyshnikov KYu, Kudryavtseva YuA, Barbarash LS. Dysfunction Patterns of Epoxy-Treated Tissue Heart Valves. Cardiology. 2019; 59 (10): 49–59. doi: 10.18087/cardio.2019.10.n327.Hennink WE, van Nostrum CF. Novel crosslinking methods to design hydrogels. Adv Drug Deliv Rev. 2002; 54: 13–36. doi: 10.1016/s0169-409x(01)00240-x.Hennink WE, van Nostrum CF. Novel crosslinking methods to design hydrogels. Adv Drug Deliv Rev. 2002; 54: 13–36. doi: 10.1016/s0169-409x(01)00240-x.Chernonosova VS, Laktionov PP. Structural Aspects of Electrospun Scaffolds Intended for Prosthetics of Blood Vessels. Polymers (Basel). 2022; 14: 1698. doi: 10.3390/polym14091698.Chernonosova VS, Laktionov PP. Structural Aspects of Electrospun Scaffolds Intended for Prosthetics of Blood Vessels. Polymers (Basel). 2022; 14: 1698. doi: 10.3390/polym14091698.Fioretta ES, Simonet M, Smits AI, Baaijens FP, Bouten CV. Differential response of endothelial and endothelial colony forming cells on electrospun scaffolds with distinct microfiber diameters. Biomacromolecules. 2014; 15: 821–829. doi: 10.1021/bm4016418.Fioretta ES, Simonet M, Smits AI, Baaijens FP, Bouten CV. Differential response of endothelial and endothelial colony forming cells on electrospun scaffolds with distinct microfiber diameters. Biomacromolecules. 2014; 15: 821–829. doi: 10.1021/bm4016418.Azimi B, Nourpanah P, Rabiee M, Arbab SJ. Poly (ε-caprolactone) Fiber: An Overview. Engineered Fibers Fabrics. 2014; 9: 74–90. doi: 10.1177/155892501400900309.Azimi B, Nourpanah P, Rabiee M, Arbab SJ. Poly (ε-caprolactone) Fiber: An Overview. Engineered Fibers Fabrics. 2014; 9: 74–90. doi: 10.1177/155892501400900309.Reid JA, McDonald A, Callanan A. Electrospun fibre diameter and its effects on vascular smooth muscle cells. J Mater Sci Mater Med. 2021; 32: 131. doi: 10.1007/s10856-021-06605-8.Reid JA, McDonald A, Callanan A. Electrospun fibre diameter and its effects on vascular smooth muscle cells. J Mater Sci Mater Med. 2021; 32: 131. doi: 10.1007/s10856-021-06605-8.Nemets EA, Surguchenko VA, Belov VYu, Xajrullina AI, Sevastyanov VI. Porous Tubular Scaffolds for Tissue Engineering Structures of Small Diameter Blood Vessels. Inorganic Materials: Applied Research. 2023; 14: 400– 407. doi: 10.1134/S2075113323020338.Nemets EA, Surguchenko VA, Belov VYu, Xajrullina AI, Sevastyanov VI. Porous Tubular Scaffolds for Tissue Engineering Structures of Small Diameter Blood Vessels. Inorganic Materials: Applied Research. 2023; 14: 400– 407. doi: 10.1134/S2075113323020338.Лебедев АВ, Бойко АИ. Зависимость прочности сваренных кровеносных сосудов от диаметра, толщины и модуля Юнга стенки. Биомедицинская инженерия и электроника. 2014; 2: 54–61.Lebedev AV, Bojko AI. Zavisimost’ prochnosti svarennykh krovenosnykh sosudov ot diametra, tolshchiny i modulya Yunga stenki. Biomedical Engineering and Electronics. 2014; 2: 54–61.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.